3.13. Механические характеристики твёрдых электроизоляционных материалов

Твёрдость — способность материалов противостоять деформации от статического или динамического сжимающего усилия.

П ластичные материалы (например, металлы) под действием приложенного усилия деформируются и после снятия нагрузки сохраняют размеры и форму, приобретённые под её действием.

Т

Рис. 3.38. Определение твёрдости методом Бринелля : 1 — стальной закалённый шарик; 2 — испытуемый материал; 3 — массивное основание; P — усилие вдавливания; D — диаметр шарика; d, h — диаметр и глубина сферического отпечатка

вёрдость пластичных материалов определяют, вдавливая в изготовленные из них образцы алмазный конус (метод американского металлурга С.П. Роквелла), алмазную пирамидку (метод английского военно-промышленного концерна «Виккерс») или стальной закалённый шарик (метод шведского инженера Ю.А. Бринелля) (рис. 3.38). Величины твёрдости, определённые тем или иным методом, обозначаются соответственно HR, HV или HB.

Твёрдость по Бринеллю равна отношению усилия Р (Н) вдавливания шарика к площади S (мм²) лунки его сферического отпечатка на материале (3.32):

HB = Р/S , МПа . (3.32)

Хрупкие материалы при механической нагрузке разрушаются, не проявляя способности к значительной деформации. Таковы стёкла и керамические материалы.

Упругие материалы (резины, пластикаты) восстанавливают свою форму и объём после прекращения действия внешних сил.

К хрупким, упругим, тонкослойным материалам (бумаги, картоны, слюда, лаковые плёнки), указанные методы определения твёрдости не применимы.

Твёрдость таких материалов определяют методом В.Д. Кузнецова (1887–1963 гг.), основанном на измерении времени затухания колебаний маятника специальной конструкции (рис. 3.39). Маятник, который опирается на испытуемый материал стальными шариками, приводят в колебательное движение, отсчитывая по шкале амплитуду колебаний. Твёрдость материала оценивают по времени, за которое амплитуда колебаний уменьшится вдвое. Затраты энергии на перекатывание опор маятника по мягкому материалу больше, чем по твёрдому, и колебания маятника затухают тем скорее, чем меньше твёрдость испытуемого образца. Для испытания особо твёрдых материалов опоры маятника выполняют в виде алмазных призм, заточенных под углом 90^о.

П редел прочности при растяжении (_Р) определяют (3.33) на образце материала в виде стержня с площадью поперечного сечения S_О (мм²), к которому прикладывают растягивающее усилие P_Р (Н), увеличиваемое до разрыва образца [1, 3].

_Р = P_Р / S_О , МПа (3.33)

Предел прочности при сжатии (_С) определяют (3.34) на образцах материала, имеющих форму цилиндра или куба с площадью поперечного сечения S_О (мм²) [1, 3]. Сжимающее усилие P_с (Н) увеличивают до разрушения образца материала.

Рис. 3.39. Маятник Кузнецова: 1 — опорные призмы; 2 — испытуемый материал; 3.— основание; 4 — лёгкая рамка; 5 — тело маятника; 6 — шкала амплитуд

_с = P_с / S_О , МПа (3.34)

Предел прочности при статическом изгибе (_И) определяют (3.35) на образце материала определённой формы [2, 3] толщиной h (мм) с площадью поперечного сечения S_О (мм²), свободно лежащего концами на стальных опорах, разнесённых на расстояние L (мм). К середине образца прикладывают прогибающее усилие P_И (Н), нарастающее до разрушения образца или до его прогиба сверх пределов упругости.

_И = (1,5·P_И L) / (S_О h) , МПа (3.35)

Механические испытания диэлектриков не ограничиваются определением перечисленных характеристик. По стандартным методикам на специальной аппаратуре их испытывают на способность противостоять ударному изгибу, многократному перегибанию, излому, раздиранию, продавливанию, надрыву, оценивают их стойкость к истиранию и воздействию вибраций.